[发明专利]一种蜘蛛丝蛋白/碳纳米管导电复合纤维及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纺织材料技术领域，具体涉及一种蜘蛛丝蛋白/碳纳米管导电复合纤维及其制备方法。

背景技术

蜘蛛丝是自然界强度最高的蛋白质纤维之一，具有高强度、高伸长、高断裂功、低比重等优异的性能。蜘蛛丝虽然具有高性能，但是却不能像蚕丝一样通过养殖的方法大量获得，因此，用人工的方法大量而经济地生产蜘蛛丝纤维必将对纤维和纺织业的发展产生深远的影响，目前人造蜘蛛丝的研究还在试验阶段，纺出的丝纤维的性能和天然蜘蛛丝相比还有一定差距。

碳纳米管具有比重低、长径比高，并且可以重复弯曲、扭折而不破坏结构的特点，而且碳纳米管具有高模量和高强度，力学性能良好，还具有良好的电学性能和传热性能。因此，将碳纳米管加入到聚合物材料中能制备出强度高、重量轻、性能好的复合材料，而且只需要添加少量的碳纳米管即可以大幅度的提高聚合物材料的导电性、机械性能和导热性，有效的提高复合材料的综合性能，提高产品的附加值。

中国专利CN 103201418B(公开日2013.7.10)公开的凝聚纺丝结构体及其制造方法和使用凝集纺丝结构体的电线，将碳纳米管分散于含表面活性剂的醇类溶剂中形成分散液，然后将分散液加入N-甲基吡咯烷酮等凝聚液中，将碳纳米管进行凝聚纺丝，得到碳纳米管比重高于75％的电线，制备的纤维导电性能高于500S/cm，但力学性能有限，因为碳纳米管脆性比较大，缺少高聚物的柔韧性会导致纤维硬而脆。中国专利CN104264263A(公开日2015.1.7)公开的一种丝蛋白/碳纳米管杂化纤维及其制备方法，将丝蛋白和碳纳米管混合水溶液为纺丝原液，硫酸铵水溶液为凝固液，利用湿法纺丝的方法制备丝蛋白/碳纳米管杂化纤维，制备工艺简单，环境友好，节能高效，获得的丝蛋白/碳纳米管杂化纤维力学性能良好，可与天然蜘蛛丝纤维相媲美，但是其导电性能未可知。

本发明将凝聚纺丝工艺运用到碳纳米管和蜘蛛丝蛋白中，力求得到力学性能和导电性能佳的蜘蛛丝蛋白/碳纳米管纤维。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种蜘蛛丝蛋白/碳纳米管导电复合纤维及其制备方法，将碳纳米管和蜘蛛丝蛋白作为原料，经凝聚纺丝工艺，得到蜘蛛丝蛋白/碳纳米管复合纤维，该复合纤维中碳纳米管和蜘蛛丝蛋白的含量适中，纤维具备优良的力学性能和导电性能。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种蜘蛛丝蛋白/碳纳米管导电复合纤维，其特征在于，所述蜘蛛丝蛋白/碳纳米管复合纤维包含碳纳米管、蜘蛛丝蛋白和其他物质，所述其他物质可以为凝固剂残留、溶剂残留和杂质残留，所述蜘蛛丝蛋白/碳纳米管复合纤维经凝聚纺丝工艺制备。

优选地，所述蜘蛛丝蛋白/碳纳米管导电复合纤维中碳纳米管的含量为12-17％，蜘蛛丝蛋白的含量为63-79％。

本发明还提供一种蜘蛛丝蛋白/碳纳米管导电复合纤维的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将碳纳米管经硝酸煮沸后，溶于溶剂中，经超声波处理使碳纳米管分散均匀，得到分散均匀的碳纳米管溶液；

(2)将蜘蛛丝充分溶解于99％的六氟异丙醇，静置去除杂质、透析、过滤、浓缩后得到再生蜘蛛丝蛋白溶液；

(3)将步骤(2)制备的蜘蛛丝蛋白溶液以500-1000rpm/min搅拌10-20min后，加入步骤(1)制备的碳纳米管溶液得到纺丝液，继续搅拌，经凝聚纺丝工艺得到碳纳米管/蜘蛛丝蛋白复合纤维。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，碳纳米管为单壁碳纳米管、双壁碳纳米管和多壁碳纳米管。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，溶剂为去离子水或者异丙醇。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，碳纳米管溶液的浓度为1-10％。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，再生蜘蛛丝蛋白溶液的浓度为1-5％。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，纺丝液中，按体积比，蜘蛛丝蛋白溶液：碳纳米管溶液＝(10-1)：1。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，碳纳米管/蜘蛛丝蛋白复合纤维的直径为2-7μm。

作为上述技术方案的优选，所述步骤(3)中，碳纳米管/蜘蛛丝蛋白复合纤维的断裂强度为0.26-0.49GPa，断裂伸长率为51-75％，电导率为247-392S/cm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明将蜘蛛丝蛋白与碳纳米管相结合，将蜘蛛丝和碳纳米管的优异性能相结合，得到力学性能优异，导电性好的复合纤维。